石砭峪水庫防洪與供水安全保障措施探析

王 偉，程 剛，張麗娟，李長晉，許 浩

（1.陜西省西安市水災害防御管理中心,陜西 西安 710000；2.陜西省西安市水利規劃勘測設計院,陜西 西安710000）

1 石砭峪水庫工程概況

石砭峪水庫工程位于陜西省西安市長安區灃河二級支流石砭峪河,距離石砭峪峪口2 km處,工程距西安市中心35 km。石砭峪水庫興建于1970年,多年平均徑流量0.97億m3,水庫總庫容2810萬m3,調度庫容595萬m3,興利庫容2455萬m3,死庫容75萬m3。石砭峪水庫工程等級為Ⅲ等,主要建筑物為3級,樞紐工程由大壩、輸水洞、泄洪洞組成。水庫大壩為瀝青砼斜墻堆石壩,壩高85 m,壩頂高程735 m,壩頂長265 m,壩頂寬7.5 m。水庫汛限水位725 m,死水位675 m。輸水洞位于左岸,具有導流、供水和泄洪的作用,設計最大泄量192 m3/s。洞長448m,洞徑3.6 m,比降6%,為鋼筋混凝土襯砌圓型壓力洞,進口底坎高程675.00 m,設計最大泄水流量192 m3/s。泄洪洞位于右岸,洞長508 m,為城門洞形無壓隧洞,洞底寬7 m～8 m,高9 m～16 m,全洞壁鋼筋混凝土襯砌。進口設溢流堰,堰頂高程716 m,孔口尺寸為10 m×10 m。設計工況泄洪量為332 m3/s,校核工況泄流量為707 m3/s。

2 石砭峪水庫防洪與供水安全管理現狀

2.1 防洪安全管理現狀

2.1.1 防洪對象

石砭峪水庫潰壩淹沒威脅111 km,其中壩址至秦渡鎮至漁王村33 km,漁王村至文家村27 km,水磨村至三橋鎮18 km。長安區五臺、王曲、子午、韋曲、郭杜、黃良6個街辦,共123 km2；高新區興隆、細柳、靈沼、五星、秦鎮、魚化寨6個街辦,98 km2；灃西新城馬王、釣臺2個街辦,37 km2；灃東新城三橋、灃東2個街辦,38 km2；雁塔區丈八溝1個街辦,9 km2；未央區六村堡、漢城、草灘3個街辦72 km2,潰壩淹沒威脅范圍共377 km2。總計人口49萬,耕地2.2萬hm2,20個街辦,鐵路26 km,公路26 km等。

2.1.2 防洪標準

依據《防洪標準》（GB 50201-2014）及《水利工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）,石砭峪水庫防洪標準執行原設計防洪標準,樞紐工程設計洪水標準為100年一遇,設計洪水位731.00 m,校核洪水標準為1000年一遇,校核洪水位732.50 m。

2.1.3 防洪安全保障應急措施

巡查人員發現險情后,及時向石砭峪水庫防汛辦報告,石砭峪水庫防汛辦鑒別險情程度向石砭峪水庫防汛指揮部報告,石砭峪水庫防汛指揮部研判險情等級后啟動預案、發布搶險指令,石砭峪水庫防汛辦公室及各防汛工作組按照險情指令等級組織實施。應急響應過程見圖1。

圖1 石砭峪水庫防洪安全應急響應流程圖

2.1.4 水庫洪水調度

（1）入庫洪水流量小于200 m3/s以下洪水調度。

當水庫預報入庫洪水流量小于200 m3/s以下洪水時,調度方式：漸開泄洪洞閘門,控制出庫流量不超過入庫流量,最大下泄流量不超過90 m3/s,壩前最高水位為727.83 m。當庫水位回落至汛期控制運用水位以下時,調整下泄流量,使本次洪水過后,庫水位達到或低于汛期控制運用水位。

（2）入庫流量大于200 m3/s,小于100 年一遇及以下洪水調度。

當水庫預報洪水入庫流量大于200 m3/s小于100年一遇洪水（洪峰流量為643 m3/s,相應洪量為2080萬m3）時,調度方式為：可根據預報的洪水情況進行預泄,同時根據入庫流量開啟泄洪洞閘門,控制出庫流量不超過入庫流量,最大下泄流量不超過463.49 m3/s,壩前最高水位為727.20 m。當庫水位回落至汛期控制運用水位以下時,調整下泄流量,使本次洪水過后,庫水位達到或低于汛期控制運用水位。

（3）100年一遇洪水以上,1000年一遇及以下洪水調度。

當水庫預報洪水大于100年一遇洪水（洪峰流量為643 m3/s,相應洪量為2080萬m3）,且小于等于1000年一遇洪水（洪峰流量為1073m3/s,相應洪量為3338萬m3）時,調度方式為：可根據預報的洪水情況進行預泄,同時根據入庫流量開啟泄洪洞閘門,漸開輸水洞閘門,控制出庫流量不超過入庫流量,最大下泄流量不超過678.41 m3/s,壩前最高水位為730.94 m。當庫水位回落至汛期控制運用水位以下時,調整下泄流量,使本次洪水過后,庫水位達到或低于汛期控制運用水位。

（4）1000年一遇以上洪水調度。

當水庫預報洪水為1000年一遇（洪峰流量為1073 m3/s,相應洪量為3338 萬m3）以上洪水時,調度方式為：可根據預報的洪水情況進行預泄,全開泄洪洞和輸水洞聯合泄洪,最大下泄流量達899 m3/s,壩前允許最高水位為732.50 m。當水庫水位回落時,及時調整下泄流量,使本次洪水過后,庫水位達到或低于汛期控制運用水位。

2.2 供水安全管理現狀

2.2.1 供水范圍及對象

石砭峪水庫是西安市黑河引水系統應急調補水源。從1990年起,石砭峪水庫承擔了西安市供水任務,灌溉供水量減少；引乾濟石調水工程是陜西省實施的南水北調工程之一,該工程是將漢江支流乾佑河水量,越秦嶺調入渭河流域的石砭峪水庫,設計年調水量4697萬m3。

2.2.2 供水過程

在實際供水時,將引乾濟石工程調水及石砭峪流域自產徑流經石砭峪水庫調節,最大限度的滿足各用水戶的用水要求,供水優先次序為首先保證下游生態用水,其次是向城市供水,最后考慮灌溉用水。

石砭峪水庫2014年～2021年的年供水數據,見圖2。石砭峪水庫實際年際供水量整體呈現遞增的趨勢,2014至2016年年均供水量在4000萬m3上下浮動,2017年年均供水量上升至6947萬m3,隨后供水量逐年攀升,由2018年的4837萬m3增長至2021年的11200萬m3,達到歷年供水量的最大值,年均供水增長率為32.9%。一方面是由于近些年來區域降水量較為豐沛,引乾濟石調水量自2018年逐年提升,同時入庫流量也大幅增加,為石砭峪水庫提供了充足的可供水資源；另一方面也是由于西安市經濟社會的快速發展,人口激增,城市對水資源的需求量大幅增加,這也為石砭峪水庫供水增加提供了需求。

圖2 石砭峪水庫2014年～2021年年供水情況

2.2.3 供水安全保障分析

石砭峪水庫（含引乾濟石）城市引水量計算成果表見表1。石砭峪水庫總庫容2810.00萬m3,水質符合城市飲用水Ⅲ類水標準。水庫在預留1000萬m3應急庫容的前提下,每年向黑河供水管網供水總量達5000萬m3以上,供水保證率95%。隨著農村經濟結構的變化,農灌渠道干渠以下渠道消損毀,目前已無法正常供水[1]。2021年計劃向黑河供水管網供水7000萬m3,實際供水量為11600萬m3,水庫超額完成供水計劃,水庫供水得到保障。

表1 石砭峪水庫（含引乾濟石）城市引水量計算成果表

3 防洪與供水安全保障措施

3.1 防洪安全保障措施

3.1.1 強化安全制度,落實安全責任

建立健全防洪安全保障制度,細化各級崗位工作職責,明確任務分工以及崗位責任。完善防洪值班輪崗制、防洪安全檢查制、防洪系統檢查制、防洪分級責任制、防洪安全培訓制等相關制度[2-3]。實行領導責任制,夯實防洪安全領導責任,定期組織安全管理人員進行防洪安全檢查并召開防洪安全會議,統籌協調相關人力、物力、資金等資源。在出現汛情時,立即按照相關制度、預案、程序組織有關人員開展抗汛工作。

3.1.2 開展工程檢查,確保安全運行

對水庫定期進行運行情況的工程檢查,并定期開展水庫大壩安全鑒定,一旦發現存在安全隱患或工程運行問題,必須立即進行工程維護或水庫除險加固處理,可通過多渠道籌集資金的方法盡快完成工程達標建設。認真開展防洪檢查和準備工作,對于可能出現汛情的敏感區域采取“預防為主、高頻檢查、及時反饋”的措施,發現問題應根據任務分工表和責任劃分表落實到人,并現場解決問題,做到不留任何防洪安全隱患。

3.1.3 規范防洪調度管理,提高應急響應能力

增強防洪風險意識,進一步完善汛期調度計劃。強化雨情和水情信息的收集能力,保障信息和數據的及時性和準確性。在汛情發生前提前研判,采取精細化預報調度處理措施,組織專項負責人員對洪水預報和水庫調度信息進行處理,并采取水庫水位欲降措施,使其充分滿足防洪調度要求。及時上報水庫防洪搶險應急預案,提前準備充足的防洪物資,落實防洪物資儲備制度,積極開展雨情和水情分析、汛期洪水風險分析等前期基礎工作。

3.1.4 加強信息管理,推進智慧水庫建設

進一步完善水庫信息管理制度,建立水庫信息共享機制,及時更新防洪安全信息以及水庫運行情況相關信息,確保防洪指令以及預警信息等相關信息通暢無阻。加快推進水庫信息化系統建設,采用信息化手段,搭建防洪安全監測預警系統平臺,建立降雨、洪水實時監測點,將泥石流、滑坡、暴雨等自然災害信息管理納入到監測平臺中,完善防洪安全數據庫建設,實現智慧水庫。

3.2 供水安全保障措施

3.2.1 防止水源污染,加強水質保障工作

強化水源保護區防護制度管理,編制水源保護區污染源治理實施方案,采取隔離防護網對水源保護區進行封閉管理,從源頭上杜絕水源污染[4]。同時,對供水設施進行定期、全方面檢查,針對運行不暢的設備應及時清理、維修和更換,并采取供水設備升級改造措施,實現凈水、供水能力的提升。

3.2.2 完善水質監測體系,構建水質監測平臺

優化水質監測方案,建立健全水質監測管理制度,落實水質監測管理責任,進一步推進水質監測平臺建設,完善水質監測系統,建立水質監測與管理信息數據庫。按照國家和有關部門的要求,定期對水質進行檢測,并將數據進行在線共享,以便于進行水質動態監管與變化分析[5-6]。與此同時,采購并布置自動化水質監測設施,合理增加水質監測點,實現水質全方位把控。

3.2.3 識別風險因素,確保供水能力

針對水庫供水過程中可能存在的問題以及不利影響,及時發現特殊情況下影響供水安全的風險因素,例如管理制度因素、水土流失因素、污染因素、工程質量因素以及自然災害因素等,及時排查供水安全隱患,對風險項制定針對性防范措施,強化供水安全風險管理,編制特殊情況下供水風險應對方案以及特殊情況下供水安全保障應急預案,保障特殊情況下的供水安全。

3.2.4 引進高層次人才,強化人才隊伍建設

加大人才培養與引進方面的資金投入,完善高層次人才引進激勵機制。重視高層次人才智力資本引進與科研成果引進,提高人才引進效率與效益。健全、深化人才隊伍培養機制,與水利類大專院校深化校企合作,共同培育創新型管理人才,提高人才的理論水平和實踐能力。建立健全科學有效的考核激勵制度,促進與激勵人才蓬勃發展。

3.2.5 加強多水源聯合調度優化,強化水資源集約節約利用

調研西安市現有水庫水源構成與供水情況,對石砭峪水庫、金盆水庫、李家河水庫等各供水水庫組成的多水源聯合調度優化系統進行整體設計。按照系統論的理論和方法,以大系統分解協調方式,確定其最優聯合調度模式,統籌考慮聯合調度系統內各水庫特性。在滿足既定供水任務的前提下,提出多水源聯合調度優化方案,建立西安市多水源聯合調度管理模型,通過模擬多種聯合調度方案下城市用水保障情況,得出多水源聯合調度最優方案,優化水資源聯合調配能力,促進水資源節約集約利用。

4 結語

水庫的防洪安全和供水安全涉及到社會穩定、經濟高質量發展、生態環境保護以及人民生命和財產安全保障,是水庫管理和運行過程中必須重點關注的內容。針對石砭峪水庫防洪與供水安全保障措施進行研究與探討,進一步完善防洪與供水安全管理機制、保障水資源供應和合理利用、減少水環境污染、降低洪澇災害發生風險,促進經濟社會高質量發展。